KR101321821B1 - 접지 모듈 - Google Patents

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KR101321821B1
KR101321821B1 KR1020130050174A KR20130050174A KR101321821B1 KR 101321821 B1 KR101321821 B1 KR 101321821B1 KR 1020130050174 A KR1020130050174 A KR 1020130050174A KR 20130050174 A KR20130050174 A KR 20130050174A KR 101321821 B1 KR101321821 B1 KR 101321821B1
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정용기
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한국산업은행
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Abstract

서지 전압을 접지시키는 접지 모듈이 개시된다. 상기 접지 모듈은 길이 방향을 따라 신장된 접지체, 및 상기 접지체의 횡단면 중심부에 배치된 전도성 심봉을 포함한다. 상기 접지체는 상기 길이 방향으로 신장된 저항체 및 상기 전도성 심봉을 따라 일정 간격으로 배치되는 형태로 저항체에 삽입된 다수의 전도성 판들을 포함한다.

Description

접지 모듈{Ground Module}
본 발명은 접지 모듈에 관한 것이다.
통상의 통신 장비, 전자 계측 장비, 피뢰 장치 및 전력 장비 등은 과부하 또는 낙뢰 등으로 인한 서지 전압을 영향을 받을 수 있다. 이렇게 서지 전압으로부터 상기 장비들을 보호하기 위하여 접지 장치가 사용될 수 있다.
상기 접지 장치는 상기 장비들을 대지에 전기적으로 연결시켜 상기 장비들에 작용할 수 있는 서지 전압을 지상으로 유도할 수 있다. 그에 따라, 상기 장비들이 상기 서지 전압으로부터 보호될 수 있다.
한편, 낙뢰를 형성하는 뇌운에 포함되는 전하의 성분이 계절에 따라 달라진다. 실제로, 하절기에는 음전하가 뇌운에 과도하게 포함되고, 반면에 동절기에는 양전하가 뇌운에 과도하게 포함된다. 그런 만큼, 하절기에는 뇌운에 포함된 음전하가 대지 쪽으로 급속하게 유입되게 하여야 하고, 반면에 동절기에는 대지의 음전하가 뇌운 쪽으로 급속하게 유출되게 하여야만 한다.
이렇게 대지에 대한 음전하의 유입 및 유출을 가능하게 하는 접지 모듈이 한국등록특허 제10-0610604호에 의해 제안되었다. 상기 한국등록특허 제10-0610604호에 따른 접지 장치는 임피던스 저감형 저저항 접지 모듈을 포함한다. 상기 접지 모듈은 전기 전도성이 우수한 흑연 등의 탄소계 비금속 광물과 전해질로 구성된 탄소 접지체와, 그 내부에 위치한 구리 심봉을 포함한다. 그러나, 이러한 구조의 접지 모듈은 전기적 특성을 한계 이상 향상시키기 곤란하다.
상기 구리는 공기 또는 수분과 결합 산화하여 청록색 또는 검은색의 산화구리로 변화될 수 있다. 또한, 상기 구리는 습기와 이산화탄소에 의해서 염기성 탄산구리로도 변화될 수 있다. 그런 만큼, 상기 구리 심봉에는 녹색 또는 청색의 피막이 형성될 수 있다. 특히, 지중에 매설되는 상기 구리 심봉은 지중의 수분에 상시 노출될 수밖에 없음은 물론 탄소성분의 흑연(즉, 카본)과 상시 접촉하게 제작된다. 그로 인하여, 상기 구리 심봉의 표면층은 부식되어 산화구리 피막 및/또는 염기성 탄산구리피막으로 변화될 수밖에 없다.
상기 산화구리는 반도체 또는 절연체 성질을 가진다. 그런 만큼, 상기 산화구리 피막은 구리 심봉의 저항을 크게 상승시킨다. 게다가, 상기 산화구리 피막은 상기 구리 심봉의 중심부와 상기 탄소 접지체 사이에 캐패시터가 형성되게 한다. 그런 만큼, 접지 모듈의 정전 용량이 증가할 수밖에 없다. 이렇게 상기 구리 심봉의 표면층의 산화는 상기 접지 모듈의 저항 및 정전 용량이 설계된 값들과는 달라지게 한다. 다시 말하여, 한국등록특허 제10-0610604호의 접지 모듈은 상기 구리 심봉의 표면층의 산화로 인하여 설계된 접지 특성을 유지할 수 없다.
또한, 상기 산화 구리는 탄소 접지체의 주요 구성성분인 도전성 시멘트에 함유된 수산화 칼슘 등에 포함된 수산기와 결합하여 수산화구리(Cu(OH) 및/또는 Cu(OH)2)가 생성되게 한다. 그런 만큼, 상기 탄소 접치체의 강도(즉, 내구성)를 약화될 수밖에 없다.
나아가, 상기 접지 모듈은 적어도 일부분이 매설된다. 그런 만큼, 상기 산화 구리 및 수산화구리는 지하수를 오염시키는 요인이 될 수 있다.
한국등록특허 제10-0610604호 (2006년 08월 02일) 한국등록특허 제10-1064342호(2011년 09월 05일)
본 발명의 실시 예들은 상기한 문제점을 해결하기 위한 접지 모듈에 관한 것이다.
본 실시 예들은 낙뢰시 발생되는 과도임피던스 전기적 특성을 한계 이상 향상시키기에 적합한 접지 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 실시 예들은 설계된 접지 특성을 안정적으로 유지할 수 있는 접지 모듈을 제공하는 것이다.
게다가, 본 실시 예들은 내구성를 향상시키기에 적합한 접지 모듈을 제공하는 것이다.
나아가, 본 실시 예들은 지하수의 오염을 방지하기에 적합한 접지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 접지 모듈은: 길이 방향을 따라 신장된 접지체; 및 상기 접지체의 횡단면 중심부에 배치된 전도성 심봉을 포함한다. 상기 접지체는 상기 길이 방향으로 신장된 저항체 및 상기 전도성 심봉을 따라 일정 간격으로 배치되는 형태로 저항체에 삽입된 다수의 전도성 판들을 포함한다.
상기 전도성 심봉 및 상기 전도성 판들은 부식되지 않는 도전성 물질로 형성될 수 있다.
상기한 구성과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 전도성 심봉을 따라 배치되는 형태로 저항체에 전도성 판들이 삽입되게 한다. 그런 만큼, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 종래의 접지 모듈에 비하여 과도임피던스 특성이 향상된 전기적 특성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 상기 전도성 심봉 및 상기 전도성 판들이 부식되지 않은 도전성 물질로 형성되게 한다. 그런 만큼, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 지하수의 오염을 방지할 수 있음 물론 내구성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 부식으로 인하여 야기될 수 있는 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 설계된 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 접지모듈의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 접지모듈의 다른 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3a는 도 2에서의 저항체 층을 상세하게 도시하는 평면도이다.
도 3b는 도 2에서의 전도성 판을 상세하게 도시하는 평면도이다.
도 4a는 도 2에서의 저항체 층에 대한 보강판의 크기를 대비 설명하는 평면도이다.
도 4b는 도 2에서의 전도성 판에 대한 보강판의 크기를 대비 설명하는 평면도이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 접지 모듈을 모델링한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예의 접지 모듈을 모델링한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 접지 모듈에서의 전기력선 분포를 설명하는 단면도들이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6의 접지 모듈에서의 전기력선 분포를 설명하는 단면도들이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 접지 모듈이 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 실시 예들의 상세한 설명에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 접지모듈의 외관을 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 접지모듈의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 접지모듈은 길이방향을 따라 연장된 접지체(10), 및 상기 접지체(10)의 횡단면 중심부에 배치된 전도성 심봉(20)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 접지 모듈은 상부 및 하부 보강판(30A,30B) 및 상부 및 하부 접속 부재(40A,40B)를 포함할 수 있다.
또한 심봉(20) 과 상부 및 하부 접속 부재(40A,40B)는 일체로 형성된 동일 재질로 만들어 질수 있다.
상기 접지체(10)는 낙뢰와 같은 서지 전압이 상기 상부 또는 보강판(30A 또는 30B) 및 상기 상부 또는 하부 접속 부재(40A 또는 40B)을 통해 신속하게 대지로 전달되게 한다. 또한, 상기 접지체(10)는 일정한 길이를 가지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 접지체(10)는 대략 1000mm의 길이를 가지게 형성될 수 있다. 이러한 접지체(10)는 저항체(12) 및 다수의 전도성 판(14)를 포함할 수 있다.
상기 저항체(12)는 길이 방향을 따라 신장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 저항체(12)의 윗면 및 저면은 중심부 및 상기 중심부로부터 바깥쪽으로 돌출된 적어도 세 개의 날개부를 가지게 형성될 수 있다. 이러한 저항체(12)는 다수의 저항체 층(12A,12B)을 포함할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 저항체(12)는 상부 및 하부 저항체 층들(12A)과 이들 사이에 적층된 중간 저항체 층들(12B)을 포함할 수 있다.
또한 본 발명에서 설명의 편의를 위하여 도1에 나타난 접지체(10) 및 전도성 판(14)의 형상을 바람개비 형상을 중심으로 설명하고 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것이며 이에 한정되는 형상이 아니며, 필요에 따라 원통형,사각형 등 여러 형태로 변형 될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 저항체 층들(12A,12B) 각각은 바람개비 형상의 평면을 가지게 형성될 수 있다. 다시 말하여, 상기 저항체 층들(12A,12B) 각각은, 평면적으로, 중심부(120) 및 이 중심부(120)로부터 바깥쪽으로 돌출된 세 개의 날개부(122)를 가지게 형성될 수 있다. 상기 중심부(120)는 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심점을 기준으로 제1 반지름(Sd1)에 의해 구획되는 영역을 점유할 수 있다. 상기 날개부들(122)은 서로에 대하여 120°의 각도를 유지하는 형태로 상기 중심부(120)로부터 바깥쪽으로 돌출될 수 있다. 또한, 상기 날개부들(122)은 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심점으로부터 제1 길이(Ld1) 만큼 돌출하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 날개부들(122)은 저항체 층(12A,12B)의 중심점으로부터 대략 130mm 정도 돌출하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 날개부들(122)은 대략 60mm 정도의 폭을 가지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 저항체 층들(12A,12B) 각각은 제1 관통 구멍(124)을 가지게 형성된다. 상기 제1 관통 구멍(124)은 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심에 위치한다. 또한, 상기 제1 관통 구멍(124)은 정사각형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1 관통 구멍(124)은 타원의 형태로 형성될 수도 있다.
다시 도1 및 도2를 참조하면, 상기 저항체 층들(12A,12B)은 흑연, 시멘트, 장석, 황산마그네슘 및 첨가제를 포함하는 제1 조성물로 형성될 수 있다. 구체적으로 언급하자면, 상기 저항체 층들(12A,12B)은 대략 55~77 중량%의 흑연, 대략 20~30 중량%의 시멘트, 대략 6~15 중량%의 장석, 대략 2~4 중량%의 황산마그네슘 및 대략 1~3 중량%의 첨가제를 혼합하여 합계 100 중량%로 조성되는 상기 제1 조성물로 형성될 수 있다.
또는, 상기 저항체 층들(12A,12B)은 흑연, 콜타르 피치(Coal Tar Pitch) 및 염화 구리(CuCl2)를 포함하는 제2 조성물로 형성될 수 있다. 다시 말하여, 상기 저항체 층들(12A,12B)은 70~84 중량%의 흑연, 15~30 중량%의 콜타르 피치 및 0.5~0.7 중량%의 염화 구리를 혼합하여 합계 100 중량%로 조성되는 상기 제2 조성물로 형성될 수 있다. 제2 조성물은 다음과 같이 성형한다. 100kg의 접지 성형체를 만들기 위하여 "흑연분말 70kg, 분말상의 Coal Tar Pitch 20kg, 분말상의 CuCl2 1kg 에 증류수(물)의 10L(리터)를 첨가하여 ,믹싱 후 100℃ 에서 5시간 유지 후 성형기에 투입 후 약 800도 온도에서 5시간 가열하여 탄화시켜 성형품을 제조 한다. 또한 상기 저항체 층들(12A,12B)들은 제3 조성물로 형성될수 있으며 제3조성물의 성형은 다음과 같다. 흑연(graphite) 50~55%, 벤토나이트(Bentonite) 8~12%, 시멘트(cement) 30~40%, 황산마그네슘(MgSO4) 0.8%, 아질산나트륨(NaNO2) 0.3%, 산화규소(SiO2) 0.25%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.25%, 산화칼슘(CaO) 0.2%, 산화마그네슘(MgO) 0.2%로 구성되며, 흑연은 탄소함량이 낮은 인상(鱗狀, Crystalline Graphite) 또는 토상(土狀, Amorphous Graphite)을 사용한다. 그러나, 상기 저항체 층들(12A,12B)의 구성물질은 상기한 두 조성물에 의해 한정되는 것은 아니다. 다시 말하여, 상기 저항체 층들(12A,12B)은 낮은 저항률을 가지는 탄소 저항 물질로 형성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 저항체 층(12A)은 상기 중간 저항체 층(12B) 보다 두껍게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 상부 및 하부 저항체 층(12A)은 상기 중간 저항체 층(12B)에 비하여 적어도 두 배의 두께를 가지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 및 하부 저항체 층(12A)은 대략 50mm의 두께를 가지게 형성될 수 있고, 그리고 상기 중간 저항체 층(12B)은 대략 20mm의 두께를 가지게 형성될 수 있다.
상기 다수의 전도성 판(14)은 상기 저항체(12)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 형태로 상기 저항체(12) 내에 삽입될 수 있다. 다시 말하여, 상기 다수의 전도성 판(14)은 상기 저항체 층들(12A,12B) 사이사이에 배치될 수 있다. 이렇게 상기 저항체 층들(12A,12B) 사이사이에 배치된 상기 다수의 전도성 판(14)는 접지체(10)의 저항 감소는 물론 정전용량의 증가를 가져다줄 수 있다.
상기 전도성 판들(14) 각각은 상기 저항체 층(12A,12B)과 동일한 형상을 가지게 형성될 수 있다. 또한, 상기 전도성 판들(14) 각각은 상기 저항체 층(12A,12B)에 비하여 작은 크기를 가지게 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 전도성 판들(14) 각각은 인접한 저항체 층들(12A 및/또는 12B)에 의하여 충분하게 감싸질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 전도성 판(14)은 상기 저항체 층(12A,12B)와 동일한 바람개비 형상을 가지게 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 전도성 판(14)은, 평면적으로, 중심부(140) 및 이 중심부(140)로부터 바깥쪽으로 돌출된 세 개의 날개부(142)를 가지게 형성될 수 있다. 상기 중심부(140)는 상기 전도성 판(14)의 중심점을 기준으로 상기 제1 반지름(Sd1) 보다 짧은 제2 반지름(Sd2)에 의해 구획되는 영역을 점유할 수 있다. 그런 만큼, 상기 전도성 판(14)의 중심부(140)는 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심부(120) 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 날개부들(142)은 서로에 대하여 120°의 각도를 유지하는 형태로 상기 중심부(140)로부터 바깥쪽으로 돌출될 수 있다. 또한, 상기 날개부들(142)은 상기 전도성 판(14)의 중심점으로부터 상기 제1 길이(Ld1)보다 짧은 제2 길이(Ld2) 만큼 돌출하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 날개부들(142)은 전도성 판(14)의 중심점으로부터 대략 125mm 정도 돌출하게 형성될 수 있다. 게다가, 상기 전도성 판(14)의 날개부들(142)은 상기 저항체 층(12A,12B)의 날개부들(122)에 비하여 좁은 폭을 가지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 날개부들(142)은 대략 50mm 정도의 폭을 가지게 형성될 수 있다. 그런 만큼, 작은 크기를 가지는 상기 전도성 판(14)의 중심부(140) 및 상기 날개부들(142)은 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심부(120) 및 날개부들(122)에 의하여 완전히 덮여질 수 있다.
또한, 상기 전도성 판들(14) 각각은 제2 관통 구멍(144)을 가지게 형성된다. 상기 제2 관통 구멍(144)은 상기 전도성 판(14)의 중심에 위치한다. 다시 말하여, 상기 제2 관통 구멍(144)은 상기 제1 관통 구멍(124)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 관통 구멍(144)은 상기 제1 관통 구멍(124)와 동일한 형상 및 크기를 가지게 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 제2 관통 구멍(144)은 상기 제1 관통 구멍(124)와 연결될 수 있다.
나아가, 상기 전도성 판들(14) 각각은 톱니부들(146)을 가지게 형성될 수 있다. 상기 톱니부(146)는 상기 전도성 판(14)의 날개부(142)의 바깥쪽 가장자리에 형성될 수 있다. 이들 톱니부들(146)은 해당 전도성 판(14)과 그와 인접한 저항체 층들(12A 및/또는 12B) 간의 결합력을 증가시킬 수 있다.
다시 도1 및 도2를 참조하면, 상기 전도성 판들(14)은 구리가 아닌 높은 도전율을 가지는 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전도성 판들(14)은 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 전도성 판들(14)은 대지에 매설되어도 부식되지 않음은 물론 저항체(12)에 포함될 수 있는 수산화칼슘과도 결합되지 않는다. 그에 따라, 상기 전도성 판들(14)은 지하수의 오염을 방지할 수 있음 물론 접지 모듈의 내구성을 향상시키는데 일조할 수 있다. 이에 더하여, 상기 전도성 판들(14)은 상기 접지 모듈의 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 전도성 판들(14)은 상기 접지 모듈의 저항률을 낮추는 반면 상기 접지 모듈의 정전 용량을 높이는데도 일조할 수 있다.
또한, 상기 전도성 판들(14)은 대략 0.5~2mm의 두께를 가지게끔 형성될 수 있다. 바람직하게는, 전도성 판들(14)은 0.5mm의 두께로 형성되는 것이 좋다. 그런 경우, 접지 모듈의 제작 비용이 절감될 수 있다.
상기 저항체 층들(12A,12B) 및 상기 전도성 판들(14)을 포함하는 상기 접지체(10)는 상기 하부 저항체 층(12A) 상에 하나의 전도성 판(14) 및 하나의 중간 저항체 층(12B)을 적층 및 가압하는 적층/가압 과정을 상기 상부 저항체 층(12A)의 적층및 가압될 때까지 반복적으로 수행함에 의하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전도성 심봉(20)은 상기 전도성 판들(14)이 상기 저항체 층들(12A,12B)의 사이사이에 배치된 상기 접지체(10)의 중심에 삽입될 수 있다.
상기 전도성 심봉(20)은 상기 접지체(10)의 중심에 삽입된다. 다시 말하여, 상기 전도성 심봉(20)은 상기 저항체 층들(12A,12B)의 제1 관통 구멍들(124) 및 상기 전도성 판들(14)의 상기 제2 관통 구멍들(144)을 관통하는 형태로 상기 접지체(10)의 중심에 삽입된다. 그런 만큼, 상기 전도성 심봉(20)은 정사각봉 또는 타원봉의 형상을 가지게끔 형성될 수 있다. 이러한 전도성 심봉(20)은 대략 40mm 정도의 가로/세로 폭 또는 직경을 가지게끔 형성될 수 있다. 상기 접지체(10)의 중심에 삽입된 전도성 심봉(20)은 상기 다수의 전도성 판(14)와 전기적으로 연결된다.
상기 전도성 판(14)과 마찬가지로, 상기 전도성 심봉(20)은 구리가 아닌 높은 도전율을 가지는 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전도성 심봉(20)은 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 전도성 심봉(20)은 대지에 매설되어도 부식되지 않음은 물론 저항체(12)에 포함될 수 있는 수산화칼슘과도 결합되지 않는다. 그에 따라, 상기 전도성 심봉(20)은 지하수의 오염을 방지할 수 있음 물론 접지 모듈의 내구성을 향상시키는데 일조할 수 있다. 상기 전도성 심봉(20)은 상기 접지 모듈의 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 전도성 심봉(20)은 상기 접지 모듈의 저항률을 낮추는 반면 상기 접지 모듈의 정전 용량을 높이는데도 일조할 수 있다.
또한, 상기 전도성 심봉(20)의 양단에는 암나사부들이 형성될 수 있다. 게다가, 상기 전도성 심봉(20)은 상기 접지체(10)와 동일한 길이를 가지게 형성될 수 있다. 다시 말하여, 상기 전도성 심봉(20)은 대략 1000mm의 길이로 형성될 수 있다.
상기 전도성 심봉(20)이 삽입된 상기 접지체(10)는 한 번의 제작 공정을 통해 마련될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 전도성 심봉(20)가 삽입된 상기 접지체(10)는, 상기 전도성 심봉(20)에 일정 간격으로 상기 전도성 판들(14)을 끼워 조립하고, 그 전도성 심봉(20)과 전도성 판들(14)의 조립체를 금형틀에 설치하고, 슬러리 상태의 상기 제1 및 제2 조성물을 상기 금형틀에 주입 및 가압함에 의하여 형성될 수 있다.
또한 상기 전도성 심봉(20), 접지체(10),전도성 판들(14)들은 각각 생산한후 각각을 조립하여 도1과 같은 형태의 접지체를 형성할수 있다.
본 발명에서 접지체를 생성하기 위하여 접지체 성형에 필요한 분말을 혼합하고 성형하는 공정 등은 상기한 한국등록특허 제10-1064342호(2011년 09월 05일)등의 종래기술에 제시된 바와 같은 공지 기술을 활용하는 것이어서 구체적 설시를 생략한다.
상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 상기 접지체(10)의 양단으로부터 상기 접지체(10)의 중심부 쪽으로 압력을 인가할 수 있다. 그런 만큼, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 상기 접지체(10)의 강도를 향상시킬 수 있다. 다시 말하여, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 상기 저항체 층들(12A,12B) 및 상기 전도성 판들(14) 간의 결합력을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 구리가 아닌 높은 도전율을 가지는 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 대지에 매설되어도 부식되지 않음은 물론 저항체(12)에 포함될 수 있는 수산화칼슘과도 결합되지 않는다. 그에 따라, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 지하수의 오염을 방지할 수 있음 물론 접지 모듈의 내구성을 향상시키는데 일조할 수 있다. 이에 더하여, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 부식으로 인하여 야기될 수 있는 상기 접지 모듈의 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 상기 접지 모듈의 저항률을 낮추는 반면 상기 접지 모듈의 정전 용량을 높이는데도 일조할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B) 각각은 상기 저항체 층(12A,12B)의 중심부(120)는 물론 상기 전도성 판(14)의 중심부(140) 보다 작은 크기의 원판 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B) 각각은 제3 관통 구멍을 가지게 형성될 수 있다. 상기 제3 관통 구멍은 상기 제1 및 제2 관통 구멍들(124,144)과 대응되는 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)의 중심에 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게 언급하면, 상기 제3 관통 구멍은 상기 전도성 심봉(20)의 암나사부와 대응되는 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)의 중심에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3 관통 구멍은 상기 전도성 심봉(20)의 암나사부와 동일한 직경을 가지게 형성될 수 있다. 다시 말하여, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B) 각각은 상기 전도성 심봉(20)의 암나사부와 동일한 내측 반지름(Id)과 그리고 상기 전도성 판(14)의 중심부(140)의 반지름(Sd2) 보다 짧은 외측 반지름(Ed)에 의해 구획되는 크기를 가지게 형성될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2로 되돌아가면, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 상기 전도성 심봉(20)을 도시하지 않은 전기 설비 또는 전기기기에 전기적으로 연결시키기 위하여 사용될 수 있다. 이를 위하여, 상기 상부 및 하부 부재들(40A,40B)은 구리가 아닌 높은 도전율을 가지는 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 그런 만큼, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 대지에 매설되어도 부식되지 않는다. 그에 따라, 상기 상부 및 하부 보강판들(30A,30B)은 지하수의 오염을 방지할 수 있다. 이에 더하여, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 부식으로 인하여 야기될 수 있는 상기 접지 모듈의 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 상기 접지 모듈의 저항률을 낮추는 반면 상기 접지 모듈의 정전 용량을 높이는데도 일조할 수 있다.
또한, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 대응하는 상기 상부 및 하부 보강판들(40A,40B)에 압착력을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 상기 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B)은 대응하는 상기 상부 및 하부 보강판(30A,30B)의 제3 관통 구멍들을 경유하여 대응하는 상기 전도성 심봉(20)의 암나사부들에 삽입되어 상기 전도성 심봉(20)의 암나사부들와 교합한다. 이러한 상부 및 하부 접속 부재들(40A,40B) 각각은 자신의 일단에 형성된 수나사부를 포함한다. 상기 접속 부재(40A,40B)의 수나사부는 상기 접속 부재(40A,40B)의 나머지 부분 보다 작은 직경을 가지게 형성된다. 또한, 상기 접속 부재(40A,40B)의 수나사부는 상기 전도성 심봉(20)의 상기 암나사부와 동일한 직경을 가지게 형성된다.
하기의 표1 및 표2는 전도성 판들(14)이 없는 종래의 접지 모듈과 전도성 판들(14)를 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈에 대하여 전기적 실험을 실시하여 얻어진 저항 및 정전 용량 특성을 설명한다.
Figure 112013039417079-pat00001
Figure 112013039417079-pat00002
상기 전기적 실험에 이용된 종래의 접지 모듈 및 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 도 5 및 도 6과 같은 구성되었다. 도 5 및 도 6의 접지 모듈들은 도 2에서의 전도성 심봉(20)의 중심으로부터 어느 한 날개부의 외측면 쪽으로 절단한 절단면에 해당될 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 전도성 판들(14)이 0.5mm, 1.0mm 및 2.0mm의 두께를 번갈아 가지게 하는 형태로 상기 전기적 실험에 사용되었다. 도 5 및 도 6에 도시된 전도성 심봉(20) 및 도 6에 도시된 전도성 판들(14)은 대략 1.38×106S/m의 도전율을 가지는 것들이 사용되었다.
게다가, 도 5 및 도 6에 도시된 종래의 접지 모듈 및 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈의 저항체(12)로서, 대략 3~5 S/m의 도전율의 탄소 저항 물질로 구성된 제1 저항체와 대략 0.3~0.5 S/m의 도전율의 탄소 저항 물질로 구성된 제2 저항체가 번갈아 사용되게 하는 형태로 상기 전기적 실험이 실시되었다. 상기 제1 저항체를 포함하는 종래의 접지 모듈 및 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈의 저항 및 정전 용량 특성에 대한 실험 결과는 상기 표 1과 같이 얻어질 수 있었다. 또한, 상기 제2 저항체를 포함하는 종래의 접지 모듈 및 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈의 저항 및 정전 용량 특성에 대한 실험 결과는 표 2와 같이 얻어질 수 있었다.
도 5에 도시된 상기 전도성 심봉(20) 및 상기 저항체(12)의 외면에 각각 10V 및 접지 전압을 인가하는 전기적 실험이 시행된 때, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 전기력선 분포가 관측되었다. 반면, 도 6에 도시된 상기 전도성 심봉(20) 및 상기 저항체(12)의 외면에 각각 10V 및 접지 전압을 인가하는 전기적 실험이 시행된 경우에는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 전기력선 분포가 관측되었다. 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b에 있어서, 등고선들은 전기력선들에 해당하고, 화살표는 전기장의 작용 방향을 나타낸다. 등고선들이 적색에서 청색으로 전기력이 약해진다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 센 전기력선들이 상기 전도성 심봉(20)과 인접한 저항체 영역에 분포하고, 전기장은 단지 전도성 심봉(20)과 수직한 방향으로만 작용한다. 이는 서지 전압의 대지로의 접지가 상기 전도성 심봉(20)과 인접한 저항체(12)의 일부분을 통해서만 진행된다는 것을 나타낸다. 이로 인하여, 종래의 접지 모듈은 서지 전압을 효과적으로 접지시킬 수 없다. 이와는 달리, 도 8a 및 도 8b에서는, 센 전기력선들이 상기 저항체(12)의 외면에 인접한 저항체 영역에 분포하고, 전기장은 방사 형태로 작용한다. 이는 서지 전압의 대지로의 접지가 저항체 전 부분에 통하여 진행된다는 것을 나타낸다. 그런 만큼, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 종래의 접지 모듈과는 달리 서지 전압을 효과적으로 접지시킬 수 있다.
이러한 사실은 상기의 표1 및 표 2를 기재된 저항 및 정전 용량 특성의 실험 결과를 통하여 명확하게 드러난다. 상기 표1 및 표 2에 있어서, "저항비"는 종래의 접지 모듈의 저항에 대한 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈의 저항의 비율이고, "정전용량비"는 종래의 접지 모듈의 정전용량에 대한 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈의 정전용량의 비율이다.
상기 표1 및 표 2를 참조하면, 접지 모듈에 포함된 저항체의 도전율이 달라짐에 따라 접지 모듈의 저항 및 정전용량이 도전율의 변화율만큼 변화될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은, 종래의 접지 모듈에 비하여, 저항을 대략 1/10 이하로 낮출 수 있음은 물론 정전용량을 적어도 10배 이상 증가시킬 수 있다. 다시 말하여, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 종래의 접지 모듈에 비하여 적어도 10배 이상 향상된 전기적 특성을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 전도성 심봉을 따라 배치되는 형태로 저항체에 전도성 판들이 삽입되게 한다. 그런 만큼, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 종래의 접지 모듈에 비하여 향상된 전기적 특성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 상기 전도성 심봉 및 상기 전도성 판들이 부식되지 않은 도전성 물질로 형성되게 한다. 그런 만큼, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 지하수의 오염을 방지할 수 있음 물론 내구성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 부식으로 인하여 야기될 수 있는 전기적 특성(예를 들면, 저항률 및 정전 용량)의 변화를 방지할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 접지 모듈은 설계된 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 접지 모듈을 실시하기 위한 실시 예들에 불과하다. 그런 만큼, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 요지 및 기술적 정신을 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 포함하는 것으로 보호되어야 할 것이다.
10 ; 접지체 12 : 저항체
12A,12B ; 저항체 층 14 ; 전도성 판
20 ; 전도성 심봉 30A,30B ; 상부 및 하부 보강판
40A,40B ; 상부 및 하부 접속 부재

Claims (8)

  1. 길이 방향을 따라 신장된 접지체; 및
    상기 접지체의 횡단면 중심부에 배치된 전도성 심봉을 포함하고,
    상기 접지체는 상기 길이 방향으로 신장된 저항체 및 상기 전도성 심봉을 따라 일정 간격으로 배치되는 형태로 저항체에 삽입된 다수의 전도성 판들을 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 심봉 및 상기 전도성 판들은 부식되지 않는도전성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전도성 심봉 및 상기 전도성 판들은 스테인레스 스틸로 형성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접지 모듈은
    상기 전도성 심봉(20)에 일정 간격으로 상기 전도성 판들(14)을 끼워 조립하여 조립체를 형성하고,
    상기 전도성 심봉(20)과 상기 전도성 판들(14)의 상기 조립체를 금형틀에 설치하며,
    슬러리 상태의 저항 물질을 상기 금형틀에 주입 및 가압함에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항체는 다수의 저항체 층을 포함하고,
    상기 다수의 전도성 판들은 상기 저항체 층들 사이사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체는 55~77 중량%의 흑연, 20~30 중량%의 시멘트, 6~15 중량%의 장석, 2~4 중량%의 황산마그네슘 및 1~3 중량%의 첨가제를 혼합하여 합계 100 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체는 흑연 70~85 중량%, 콜타르 피치 15~30 중량% 및 염화 구리 0.5~0.7 중량%를 혼합하여 합계 100 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체는. 흑연(graphite) 50~55%, 벤토나이트(Bentonite) 8~12%, 시멘트(cement) 30~40%, 황산마그네슘(MgSO4) 0.8%, 아질산나트륨(NaNO2) 0.3%, 산화규소(SiO2) 0.25%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.25%, 산화칼슘(CaO) 0.2%, 산화마그네슘(MgO) 0.2%로 구성되며, 흑연은 탄소함량이 낮은 인상(鱗狀, Crystalline Graphite) 또는 토상(土狀, Amorphous Graphite)인 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
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